[发明专利]一种激光波长修正式角反射镜激光干涉仪及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种精密测试技术及仪器领域，特别涉及一种激光波长修正式角反射镜激光干涉仪及测量方法。

背景技术

激光器的出现，使古老的干涉技术得到迅速发展，激光具有亮度高、方向性好、单色性及相干性好等特点，激光干涉测量技术已经比较成熟。激光干涉测量系统应用非常广泛：精密长度、角度的测量如线纹尺、光栅、量块、精密丝杠的检测；精密仪器中的定位检测系统如精密机械的控制、校正；大规模集成电路专用设备和检测仪器中的定位检测系统；微小尺寸的测量等。目前，在大多数激光干涉测长系统中，都采用了迈克尔逊干涉仪或类似的光路结构，比如，目前常用的单频激光干涉仪。

单频激光干涉仪是从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接收器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数N，再由电子计算机按计算式L＝N×λ/2，式中λ为激光波长，算出可动反射镜的位移量L。

在实际使用中，本申请的发明人发现，目前的单频激光干涉仪仅对激光干涉波的整数部分进行计数，即，只能在最强干涉时，即最强相长干涉时进行计数，而对于激光干涉过程中，非最强相长干涉时则难以计数，如此使得，其测量精度受限于激光的波长，其精度只能为半个激光波长的整数倍，但是在实际测量中，被测物体产生的位移值通常都是随机的，不可能刚好是半个激光波长的整数倍，即，还存在有超出半个激光波长的小数部分，该部分距离并不能够通过上述的接收器反应出来，所以也无法计算出来。同时由于大气环境的变化，如温度、湿度以及气压的变化，激光波长在环境中发生变化，这直接造成激光干涉测距的精度降低。

虽然，在常规技术领域中，激光的半个波长已具有极高的精度，但是，随着科学技术的进步，在精密测量技术领域中，精密测量的精度要求越来越高，这种半个激光波长的精度，已日渐不能再满足人们的要求。

所以，基于上述不足，目前亟需一种能够提供更高测量精度的激光干涉仪。

发明内容

本发明的目的在于针对目前激光干涉仪精度受限于激光波长，且测量环境对激光波长有直接影响的不足，提供一种具有更高测量精度的激光干涉仪。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种激光波长修正式角反射镜激光干涉仪，包括激光源、固定角反射镜、光电探测器、测量角反射镜装置和分光镜，所述测量角反射镜装置包括测量角反射镜与精密位移装置，所述激光源射出的激光束经所述分光镜后分为第一激光束和第二激光束，第一激光束射向所述固定角反射镜，经所述固定角反射镜反射后再次射向所述分光镜，再经分光镜后射向所述光电探测器，第二激光束射向所述测量角反射镜，经所述测量角反射镜反射后再次射向所述分光镜，经分光镜后射向所述光电探测器，第一激光束与第二激光束在射向所述光电探测器时发生干涉，所述测量角反射镜设置在所述精密位移装置上，所述精密位移装置设置在被测物体上，所述精密位移装置为所述测量角反射镜提供与被测物体位移同向或反向的位移。

本申请的上述方案中，由于将测量角反射镜设置在精密位移装置上，而精密位移装置设置在被测物体上，当被测物体发生位移时，被测物体带动精密位移装置，进而带动测量角反射镜，如此，当被测物体发生位移时，在位移过程中，由于第二激光束光程的变化，使得，第一激光束与第二激光束的干涉状态也随之变化，开始测量工作前，启动精密位移装置，使测量角反射镜产生位移，所述测量角反射镜的位移方向与被测物体的位移方向在同一直线上，当光电探测器检测到最强相长干涉时，停止精密位移装置，并将光电探测器计数清零，然后再开始测量被测物体的位移，在第一激光束与第二激光束干涉状态变化过程中，光电探测器记录最强相长干涉的次数N，当被测物体移动结束，处于静止状态时，光电探测器停止计数；此时，通过精密位移装置使测量角反射镜在被测物体的位移方向上移动，并观测光电探测器，当光电探测器检测到最强相长干涉时，停止精密位移装置，并读取精密位移装置为测量角反射镜提供的位移值△L。

若位移△L与被测物体的位移方向相同，则，被测物体实际产生的位移值L＝N×λ/2+(λ/2-△L)，其中△L＜λ/2，式中λ为激光波长；

若位移△L与被测物体的位移方向相反，则，被测物体实际产生的位移值L＝N×λ/2+△L，其中△L＜λ/2，式中λ为激光波长。